[发明专利]多孔芳香骨架EPAF-6材料和NTO复合盐含能材料及制备方法

说明书

本发明涉及多孔芳香骨架EPAF‑6材料和NTO复合盐含能材料及制备方法，以含能单体氰白尿酰氯和4‑(4H‑1,2,4‑三氮唑‑4‑基)‑4H‑1,2,4‑三氮唑为原料，设计合成出一种高稳定性g‑C₃N₄基富氮阳离子多孔芳香骨架EPAF‑6材料，通过电荷相互作用与高能强酸性单质炸药NTO结合，成功制备了新型高能低感NTO@EPAF‑6复合盐类含能材料。本发明丰富了新型高能低感含能材料的种类，也为抑制NTO含能单质炸药酸性腐蚀问题提供一个新的研究策略。

技术领域

本发明属于含能材料领域，涉及一种多孔芳香骨架EPAF-6材料和NTO复合盐含能材料及制备方法。

背景技术

高能单质炸药广泛应用于武器弹药、航天推进剂、采矿工程、烟火技术等军事和民用领域。NTO(3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮)是一种白色晶体，是近年来受到广泛关注的高能低感单质炸药，具有很大的发展前景。然而，NTO的酸性会对金属造成严重腐蚀引发一系列相容性问题，这极大地限制了NTO的实际应用。NTO的强酸性表现在两个方面：(1)合成制备过程中的硝酸残留；(2)分子结构中N4位上的活泼氢在溶剂中更易离解，从而表现出强酸性。因此，开展NTO类单质炸药酸性腐蚀的抑制与防护研究具有非常重要的意义。

发明内容

本发明提供了多孔芳香骨架EPAF-6材料和NTO复合盐含能材料及制备方法，以含能单体氰白尿酰氯和4-(4H-1,2,4-三氮唑-4-基)-4H-1,2,4-三氮唑为原料，合成出一种新型的g-C₃N₄基富氮含能阳离子多孔芳香骨架EPAF-6材料，随后与高能单质炸药NTO结合，成功获得高能量与低感度兼备的新型复合盐类含能材料NTO@EPAF-6。保证材料高能量的同时，通过电荷相互作用大大抑制了NTO的酸性腐蚀金属等问题，实现了高性能高安定性新型含能材料的研发。

多孔芳香骨架(Porous aromatic frameworks，PAFs)是一类由芳香基构筑单元通过碳-碳连接组成新型多孔材料，在过去的十年里经历了迅猛的发展。PAFs材料具有多样的高孔隙结构、超高的化学稳定性，能够耐受强酸、强碱、溶剂、热、潮湿等多种严苛条件。此外，芳香基构筑单元的结构种类丰富、化学反应活性良好，通过对结构单元的设计和PAFs骨架的修饰，即可实现对PAFs结构和孔道性质的调控，从而表现出不同的性能应用于多种领域。与中性聚合物骨架相比，离子型聚合物材料为设计和调整先进功能的多孔材料方面表现出更大的优势。除了动态阻塞或控制，以及通过平衡离子交换和混合来调节材料骨架孔隙的大小之外，电荷的存在也能赋予孔隙骨架与客体分子的选择性相互作用能力。因此，本发明将有阳离子骨架的多孔芳香骨架PAFs材料与NTO结合制备成盐，可有效解决NTO的酸性腐蚀问题。

本发明通过下述技术方案实现：

多孔芳香骨架EPAF-6材料，结构如下：

该g-C₃N₄基富氮阳离子多孔芳香骨架EPAF-6材料的制备方法，有以下两种：

制备方法(1)：称取一定量的氰白尿酰氯和4-(4H-1,2,4-三氮唑-4-基)-4H-1,2,4-三氮唑于派热克斯玻璃管中，加入适量溶剂，将混合溶液超声一段时间。在氮气保护下和液氮下进行冻抽操作，经过冷冻-抽真空-解冻三个循环，随后在真空条件下利用丁烷/氧气火焰下进行封管。当装有混合溶液的玻璃管升到室温后，将其放置在80-120℃烘箱中反应2-4天。从烘箱中取出玻璃管冷却至室温，将产物过滤。然后用无水甲醇进行洗涤，80℃真空干燥过夜，获得g-C₃N₄基含能阳离子多孔芳香骨架EPAF-6材料。